Immunhiányos egerek: a NOD kapcsolat

Dear JAXY: Miért a NOD a legkedveltebb genetikai háttér az immunhiányos egerek számára?

Amint azt egy korábbi bejegyzésünkben tárgyaltuk, a nem elhízott cukorbeteg (NOD/ShiLtJ) egerek az egyik leggyakrabban használt egér az inzulinfüggő (I. típusú) cukorbetegség modellezésére. Furcsa, hogy ez a törzs vált a Nod Scid Gamma (NSG) és más súlyosan immunhiányos egerek kifejlesztésének hátterévé, amelyek forradalmasították a következő generációs humán rák- és fertőző betegségmodellek fejlesztését. Hogyan történt ez pontosan?

Az immunhiányos NOD egerek mind a cukorbetegség, mind a humán fertőző betegségek kutatását előremozdítják

Két különböző kutatási cél vezérelte a NOD immunhiányos modellek kifejlesztését:

1) Olyan egér kifejlesztése, amely segítségével feltárható, hogy valójában mely immunsejtek irányítják a NOD egerek autoimmun cukorbetegségének kialakulását.

Amint azt egy közelmúltbeli bejegyzésben felvázoltuk, a NOD-scid egerek (NOD.CB17-Prkdcscid/J), mivel B- és T-sejt-hiányosak, nem alakul ki cukorbetegség. Ennek eredményeképpen tökéletes gazdatestek a diabéteszes NOD egerekből származó T- és B-sejtek adoptív transzferére az autoimmun (1-es típusú) cukorbetegség kialakulásában betöltött szerepük vizsgálatára.

2) Olyan egér kifejlesztése, amely támogatja az emberi sejtek és szövetek hosszú távú beültetését az emberi fertőző betegségekkel és rákos megbetegedésekkel kapcsolatos vizsgálatokhoz.

A Prkdcscid egy spontán mutáció, amelyet eredetileg a C.B-17 nevű BALB/c kongenikus törzsben jellemeztek. Bár a C.B-17-scid egerek T- és B-sejthiányosak, nem támogatják a humán immunsejtek hosszú távú beágyazódását, ami kritikus fontosságú az olyan humán fertőző betegségek, mint a HIV kisállatmodelljeinek kifejlesztéséhez. A korlátozott átültetési képességük valószínűsíthető magyarázata az, hogy a C.B-17-scid egerek normális NK- és myeloid sejtfunkciót tartanak fenn.

Kiderült, hogy a NOD beltenyésztett egerek eredendő hiányosságokkal rendelkeznek a humorális és sejtes immunsejtek kulcsfontosságú tevékenységeiben, ami fokozza a NOD-scid egerek általános immunhiányát a C.B-17-scid egerekhez képest.B-17-scid vagy C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -egerekhez képest.

A NOD egerek eredendő immunhiányai, amelyek fokozzák a genetikailag indukált immunhiányokat

A NOD beltenyésztett egereket a következő eredendő immunhiányok jellemzik:

1) A keringő komplement hiánya. A komplementrendszer a veleszületett immunrendszer több fehérje alapú összetevője, amely segíti az antitesteket és a fagocita sejteket a kórokozók elpusztításában és eltávolításában a gazdaszervezetből.

Normális esetben a komplement fehérjék egy alcsoportja olyan komplexeket alkot, amelyek lyukakat ütnek a kórokozó sejtmembránján és meglincselik a behatoló sejtet. A NOD egerek, valamint számos más beltenyésztett törzs homozigóta a hemolitikus komplement (Hc) gén deléciójára, amely megakadályozza a Hc (más néven C5) komplementfehérje expresszióját. Funkcionális C5 nélkül a komplementfehérjék nem tudnak összeállni, és a behatoló kórokozók elkerülik károsító hatásukat.

2) Hibás természetes gyilkos (NK) sejtek. A BALB/c és C.B-17 egerekhez képest a NOD beltenyésztett egerek NK sejtaktivitása súlyosan csökkent (Kataoka és mtsai. 1983). Az NK sejtek a veleszületett immunrendszer citotoxikus sejtjeinek egy osztálya, amelyek antitestek hiányában gyorsan reagálnak a vírusfertőzött sejtekre.

Fontos, hogy az NK sejtek aktivitása az emberi vérképző sejtek egerekbe történő beültetésének egyik fő akadálya. Ezért a NOD-egerek csökkent NK-sejtműködése nagymértékben javítja a humán sejtek beültetését.

3) A makrofágok és az antigénprezentáló sejtek (APC-k) differenciálódása és funkcionális hiányosságai. A makrofágok és az APC-k olyan immunsejtek, amelyek fontos szerepet játszanak a kórokozók elnyelésében. A kórokozókból származó antigének későbbi megjelenése az APC sejtfelszínén kulcsfontosságú az adaptív immunválaszok kiváltásában.

A NOD beltenyésztett egerek makrofágjai megtartják az éretlen sejtek makrofágjainak számos jellemzőjét, és gyenge funkcionális válaszokkal rendelkeznek (Serreze és mtsai. 1993). A NOD egerek antigénprezentáló dendritikus sejtjei szintén érési hibákat mutatnak (Pearson és mtsai. 2003).

A fenti tulajdonságok együttesen a NOD genetikai hátteret ideális platformmá teszik, amely a scid mutációval kombinálva olyan egereket eredményez, amelyek jobban támogatják az emberi eredetű immunsejtek beültetését. A NOD-scid egerek például a C.B-17-scid egerekhez képest akár ötször nagyobb mértékben támogatják a humán limfoid sejtek beültetését.

Got Sirpa?

A SirpaNOD allél elősegíti a humán vérképző őssejtek (hHSC) beültetését NOD-eredetű immunhiányos egerekben.

A még fejlettebb NOD-eredetű immunhiányos egerek kifejlesztéséért folytatott versenyt az az igény táplálta, hogy “humanizált” egereket fejlesszenek ki – azaz olyan egereket, amelyek teljesen funkcionális emberi immunsejteket fejlesztenek egér társaik helyett.

Már több mint egy évtizede ismert, hogy a NOD-háttérrel rendelkező immunhiányos egerek hatékonyabban ültetnek be emberi vérképző őssejteket (HSC), mint a más genetikai hátterű immunhiányos egerek. Ezt a jelenséget nemrégiben azzal a felfedezéssel magyarázták, hogy a NOD egerek csontvelőjében lévő makrofágok a jel-szabályozó protein alfa (Sirpa) egy olyan változatát expresszálják, amely nagyobb affinitással rendelkezik a humán vérképző őssejtekhez (Takenaka és mtsai. 2007; van den Berg és van der Schoot 2008). A NOD-SCID egerek, amelyek a NOR egerekből, a NOD-dal közeli rokonságban álló törzsből származó Sirpa allélt hordozzák, nem transzplantálnak olyan könnyen hHSC-ket.

Mit csinál a Sirpa?

A Sirpa fehérje az egérben és az emberben is kölcsönhatásba lép a Cd47-gyel, és számos funkciót szabályoz a myeloid sejtekben. Az egyik legjobban dokumentált a SIRPA által a makrofágokban a gazdasejtek fagocitózisának negatív szabályozása, ami kritikus az “önfelismerés” és a transzplantációs tolerancia szempontjából. Amikor a makrofágokhoz kötött SIRPA a gazdasejt Cd47-hez kötődik, SHP-1-függő gátló jelet generál, amely megakadályozza, hogy a makrofágok elnyeljék a Cd47-pozitív sejtet.

Jelenleg azonban nem világos, hogy a SirpaNOD fehérjének a hCD47-hez való fokozott kötődése és a fagocitát gátló jel aktiválása az a tényleges mechanizmus, amely felelős a hHSC-k fokozott beültetéséért NOD-eredetű immunhiányos egerekben.

Megjegyzendő, hogy ma már elérhetővé váltak olyan, nem NOD-eredetű genetikai háttérrel rendelkező immunhiányos egerek, amelyek túlreprezentálják a humán SIRPA fehérjét (pl. C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) és az NSG egerekhez hasonló mértékű hHSC-beültetést mutatnak.

A scid mutáció átvitele a NOD háttérre kulcsfontosságú áttörésnek bizonyult, amely egyrészt előmozdította az I-es típusú cukorbetegség megértését, másrészt a humán betegségek széles körének tanulmányozására alkalmas robusztusabb kisállatmodellek kifejlesztéséhez vezetett. Ki gondolta volna, hogy a cukorbeteg egér lesz – vitathatatlanul – a legfontosabb törzsháttér a xenograft-alapú humán betegségek kutatásában?